كشف العلماء سر أجنحة الخنفساء القابلة للطي

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

تمكن العلماء من جامعة طوكيو من الكشف عن سر الأجنحة الخلفية القابلة للطي للخنافس ، بعد أن اكتشفوا أنه ليس فقط "المحرك الهيدروليكي" المدروس جيدًا مع شبكة من الأوعية ، ولكن أيضًا elytra مع البطن ، تشارك بشكل مباشر في هذه العملية.

تم نشر عمل الباحثين في Proceedings of the National Academy of Sciences وتم تلخيصه في موقع Phys.org.

تستطيع الدعسوقة ، عند المشي على أقدامها ، أن تطوي أجنحتها بشكل مضغوط تحت elytra صلب لحمايتها من التلف. إذا كان من الضروري الإقلاع ، تتفتح الأجنحة الخلفية المكشوفة في 0.1 ثانية في المتوسط. هذه الآلية مفهومة جيدًا ، لأن الدعسوقة ترفع الإليترا قبل أن تنشر أجنحتها.

يتم طي الأجنحة الخلفية الغشائية للخنافس تحت الإليترا مثل الأوريجامي ويتم اختراقها بواسطة شبكة من الأوعية المليئة بالسائل. قبل الإقلاع ، ترفع الدعسوقة الإليترا وتجهد عضلات الجزء الصدري الثالث ، مما يزيد من ضغط السائل في أوعية الأجنحة الطائرة. ونتيجة لذلك ، تزداد مرونة الأوعية ويتوسع الجناح.

لم يتمكن العلماء من رؤية عملية طي الجناح بالتفصيل. الحقيقة هي أنه بعد الهبوط ، تقوم الدعسوقة بطي الإليترا وبعد ذلك فقط تبدأ في سحب الأجنحة الخلفية ، وتساعد نفسها بنشاط في البطن. في المتوسط ، تستغرق الخنافس ثانيتين تقريبًا لطي أجنحتها الطائرة.

لدراسة طي الأجنحة ، استخدم العلماء خنفساء سبع نقاط (Coccinella septempunctata). كان لديها جزء من حقها جامد elytra إزالته. ثم تم استخدام المنطقة المحذوفة كأداة لإنشاء نسخة من راتينج الأكريليك الشفاف القابل للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. ثم تم لصق نسخة أكريليك من elytra على باقي الخنفساء elytra.

أجرى الباحثون مسحًا سريعًا للخنفساء ، ودرسوا أيضًا جزءًا بعيدًا من الإليترا تحت المجهر. اتضح أن الجانب الداخلي من elytron له ارتياح يتوافق مع نمط أوعية الجناح الطائر. بالإضافة إلى ذلك ، يوجد على الجانب الداخلي من elytron نوع من "الفيلكرو" - وهي مناطق مغطاة بأصغر الشعيرات التي تحمل الجناح المطوي.

توجد "فيلكرو" مماثلة على الجانب العلوي من البطن. اتضح أنه بعد الهبوط ، تقوم الدعسوقة بطي الإليترا ، ثم تبدأ في شد وتقويم البطن. في هذه اللحظة ، ينخفض الضغط في الأوعية. في أول شد للبطن ، تتناسب الأوعية مع التجاويف المقابلة على الجانب الداخلي من الإليترون.

بعد استرخاء البطن ، ينزلق على طول الجانب السفلي من الأجنحة الخلفية. ثم تقوم الخنفساء مرة أخرى بإجهاد البطن ، والتي تشد الأجنحة وتثنيها تحت الإليترا. في هذه الحالة ، تعمل الأغشية الشفافة بين الأوعية كدليل عند طي الجناح.

كما لاحظ العلماء ، على عكس الأوريغامي نفسه ، فإن أجنحة الخنفساء لا تنثني بزوايا حادة ، بل تتجعد. نتيجة لهذا ، من المرجح أن يتم الحفاظ على قوتهم الميكانيكية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الالتواء يجعل من الممكن تجنب التواء الأوعية وتداخلها بسبب التشوه.

لذلك ، من خلال تقليص وإرخاء البطن ، تحقق الدعسوقة طي الأجنحة الخلفية بالكامل تحت الإيليترا. يعتقد الباحثون أن الأجنحة المرنة المطوية تبدأ في العمل كنوع من الينابيع المضغوطة. عندما يتم رفع الإليترا ، يتوقف الجزء الداخلي عن التشبث بالأجنحة الخلفية ويبدأ ، مثل الزنبرك ، في الاستقامة. ثم يتم التقاط عملية الانتشار بواسطة "المكونات الهيدروليكية".

يعتقد العلماء اليابانيون أن دراسة آليات فتح وطي أجنحة الدعسوقة وبعض الخنافس الأخرى سوف تجد أفضل الحلول التقنية لإنشاء آليات قابلة للطي لمختلف المعدات ، من الألواح الشمسية وهوائيات الأقمار الصناعية إلى أجنحة الطائرات على سطح السفينة.

حاليًا ، لا توجد آليات لطي الجناح وفتحه على غرار تلك الموجودة في الخنافس. الآليات المستخدمة على سطح السفينة عبارة عن مجموعة من المحركات والأقفال الهيدروليكية. يحتوي جناح الطائرة الحاملة على مسافة ما من جذرها على طية حلقة مفصلية.

تعمل المضخات الخاصة ، التي تضخ الضغط في النظام الهيدروليكي ، على إجبار محرك الآلية على فتح الجناح أو ثنيه. في المواقف المتطرفة ، يكون الجناح ثابتًا. يتم استخدام الجناح القابل للطي في الطائرات ذات السطح لتوفير المساحة بحيث يمكن وضعها بشكل أكثر إحكاما في حظائر الطائرات أو وقوف السيارات على سطح السفينة.

في أوائل شهر فبراير من هذا العام ، قدم باحثون من وكالة ناسا وجامعة بريغهام يونغ تصميم مشعاع قابل للطي لتبريد الأقمار الصناعية الأرضية الاصطناعية الصغيرة. يطوي هذا المبرد ويتكشف مثل الأوريغامي. سيتحكم الجهاز في مستوى نقل الحرارة عن طريق ضبط عمق الطيات: فكلما زاد ارتفاعها ، زادت الحرارة التي يمتصها الجهاز.